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在雷達(dá)領(lǐng)域發(fā)生的技術(shù)演進(jìn)

2019-03-23 09:11:47·  來源：Astroys  
　
雷達(dá)的存在感會越來越強(qiáng)的。目前，即使是SAE標(biāo)準(zhǔn)的L0級，NCAP和NHTSA現(xiàn)在也對AEB提出了很高的要求。隨著AEB的測試場景變得越來越復(fù)雜，從低速AEB（AEB city），
“ 雷達(dá)的存在感會越來越強(qiáng)的。”

目前，即使是SAE標(biāo)準(zhǔn)的L0級，NCAP和NHTSA現(xiàn)在也對AEB提出了很高的要求。隨著AEB的測試場景變得越來越復(fù)雜，從低速AEB（AEB city），現(xiàn)在還包括道路交叉口場景的測試、甚至夜間和模糊照明條件的測試。在越來越嚴(yán)苛的場景要求的情況下，必然會需要更多的傳感器、更清晰的分辨率與傳感器融合。
 
目前市場上特斯拉model 3和奧迪A8是L2+/L3的最典型的兩款車型，雖然他們在技術(shù)路線上截然不同，但都比較依賴?yán)走_(dá)。雷達(dá)是一種價格區(qū)間多樣化的傳感器，可以cover長距（LR）、中距（MR）、短距（SR）、甚至超短距（USR）。
MMIC
 
就雷達(dá)技術(shù)來說，一開始絕大多數(shù)SRR和一些MRR都使用24GHz所謂的ISM（工業(yè)科學(xué)和醫(yī)療）頻段。這些系統(tǒng)圍繞分立元件構(gòu)建，如ZF/TRW的AC100或大陸的SRR-2，分立元件和IC幾乎要占去一半成本。
 
77GHz頻段主要用于LRR和MRR，以實(shí)現(xiàn)ACC和AEB功能，因?yàn)樵擃l段全球授權(quán)55dBm的高等效全向輻射功率（EIRP）。實(shí)際上，高功率和線性是主機(jī)廠最大的需求。此外，2GHz的可用帶寬提供了比ISM頻段允許的250MHz更好的范圍和角分辨率。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是成本問題，但現(xiàn)在由于SiGe（鍺化硅）單片集成電路（MMIC）取代GaAs（砷化鎵）的出現(xiàn)，部分得到解決了。主要由NXP和英飛凌提供的雷達(dá)SiGe MMIC，現(xiàn)在被大陸、博世、電裝和Aptiv等Tier1們大量采用。
 
貼個參考的彩蛋，由電裝開發(fā)的豐田2017款C-HR的Toyota Safety Sense P系統(tǒng)的前向毫米波的拆解圖，用的是大陸的76-77GHz毫米波雷達(dá)。
NXP的發(fā)射器 、接收器、VCO
NXP的MCU，TI的電源IC，2個英飛凌的高速CAN收發(fā)器IC
 
SiGe主要是8英寸晶圓技術(shù)，模具封裝需要特殊調(diào)整。這兩家主要廠商采用了fan-out（扇出）封裝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高散熱性和高射頻性能。Nepes的RCP（重分配芯片封裝）或英飛凌的eWLB（嵌入式晶圓級球柵陣列）等fan-out技術(shù)允許球陣列在芯片周圍擴(kuò)散，在芯片下方留下氣隙，從而減少了PCB基板的寄生效應(yīng)。
顯然這是由ADAS/自動駕駛發(fā)展引發(fā)的雷達(dá)技術(shù)的顛覆性發(fā)展，從L2+再往上會是將更多數(shù)字功能集成到RFIC中的過程，但仍然需要考慮成本和RF的性能。RFCMOS已開始滿足這些要求。數(shù)字內(nèi)容集成確實(shí)是CMOS的主要優(yōu)勢，可基于12英寸晶圓批量制造的價格是也是優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)已開始有各種RF設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)了。就發(fā)射功率而言，RFCMOS性能非常接近SiGe，剩下的挑戰(zhàn)將是在整個頻率和溫度范圍內(nèi)保持恒定的發(fā)射功率。TI、ADI和NXP等主要廠商都推出了說能真正改變雷達(dá)市場的設(shè)備。TI的RFCMOS芯片具有高分辨率，同時用低成本的覆晶球柵陣列（FC-BGA）技術(shù)將發(fā)送器、接收器、VCO，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），DSP和MCU集成在一個封裝的單個收發(fā)器中。從系統(tǒng)角度來看，這是雷達(dá)成本降低的一大進(jìn)步；NXP的RFCMOS芯片目前包括接收器、發(fā)射器和VCO功能，海拉將從2021年開始引入這項(xiàng)新技術(shù)。與此同時，SiGe技術(shù)仍在不斷發(fā)展，并以更多集成設(shè)計(jì)服務(wù)于市場。例如，英飛凌的RXS8160PL芯片或ST的STRADA770芯片集成了接收器、發(fā)送器、VCO和ADC。
天線的集成
 
除了雷達(dá)MMIC的發(fā)展之外，天線集成是另一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，Aptiv通過使用空腔波導(dǎo)與H-Pol散熱器進(jìn)行區(qū)分，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的形狀。一些新型的天線集成未來可期。
現(xiàn)在市場上迫切需要可以cover所有范圍的高分辨率雷達(dá)。當(dāng)前的典型方法包括可以改善SR分辨率的專用寬帶天線、采用MIMO技術(shù)的LR專用天線，比如博世目前的產(chǎn)品就是這個方案。LR/低分辨率或SR/高分辨率，這是個權(quán)衡問題。除非采用其它技術(shù)來提高雷達(dá)的分辨率而不犧牲探測范圍。
 
這種技術(shù)包括通過放大雷達(dá)的發(fā)射和接收通道來增加天線孔徑，大陸的ARS-4就采用了這種方式。ARS-4能在同一電路板上提供高LR與SR的高分辨率和高功率，它圍繞6個收發(fā)器構(gòu)建，多個接收器和發(fā)送器在同一時鐘電源上同時工作，一個VOC（壓控振蕩器）連接到兩種不同類型的貼片天線，一個用于SR、一個用于LR探測。大陸的設(shè)計(jì)非常成功，可以達(dá)到低于1°的角分辨率，逼近了激光雷達(dá)的性能，并且還有提升空間。這也是業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是L3往上的的必備條件。這可能是目前LRR分辨率改善的主流解決方案，除大陸之外，Arbe Robotics和麥格納也正在開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。
 
改善SRR和MRR分辨率的方法包括增加chirp的頻率掃描。在歐洲和日本，長時間使用79GHz頻段上可用的4GHz帶寬。由于美國的監(jiān)管問題，到目前為止尚未商業(yè)化。但隨著監(jiān)管的放寬，目前已經(jīng)快了。通用的供應(yīng)商Alps Electrics（日本）最近獲得美國聯(lián)邦通信委員會批準(zhǔn)在美國進(jìn)行79GHz雷達(dá)試驗(yàn)，打開了超寬帶79GHz雷達(dá)美國市場的大門。其它廠商，如Ainstein、IntiBeam、WHST也生產(chǎn)這些類型的79GHz微型高分辨率雷達(dá)。這不僅有助于實(shí)現(xiàn)Radar for Parking Assistance功能，還可以用于SLAM，實(shí)時向檢測到的物體提供準(zhǔn)確的距離信息。79GHz雷達(dá)的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以減輕彼此干擾的問題（比如街上好多裝了雷達(dá)的車輛）。但為了充分利用79GHz頻段，仍需要解決一些技術(shù)挑戰(zhàn)，例如寬帶天線的設(shè)計(jì)。

傳感器融合
 
除了傳感市場，傳感器融合市場也受到了沖擊。在當(dāng)前L1的水平中，攝像頭和雷達(dá)數(shù)據(jù)在微控制器、FPGA或視覺處理器進(jìn)行邊緣計(jì)算處理。對象分類、位置和速度是從不同傳感器分別發(fā)送到汽車ECU上。隨著傳感器數(shù)量的激增，這種類型的解決方案就會越來越吃力了。Aptiv是第一個通過在相同設(shè)備上耦合攝像頭和高分辨率雷達(dá)來展示接近傳感器融合功能設(shè)備的廠家之一。
 
預(yù)計(jì)傳感器融合將首先在L2上在MobilEye的視覺處理器或Xilinx的FPGA上與攝像頭融合。從L4開始，傳感器融合可在融合平臺中包括攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，例如NVidia推出的平臺。這種額外的計(jì)算負(fù)荷可以由車載電池支持，電動車的話可以是動力電池，但也要考慮到能耗的問題，這也是該解決方案的代價。另外，汽車仍有待開發(fā)高速通信連接。因此，邊緣仍存在傳感器計(jì)算的空間，而不是全部接收傳感器原始數(shù)據(jù)的集中式計(jì)算。
所以，在雷達(dá)、傳感器融合領(lǐng)域還有很大空間來吸引不同生態(tài)的玩家們來一番炒作和沉淀。
 
 
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